磁通量
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磁通量,符号为 ,是通过某给定曲面的磁场(亦称为磁通量密度)的大小的度量。磁通量的国际单位制单位是韦伯。
描述
[编辑]给定曲面上的磁通量大小与通过曲面的磁场线的个数成正比。此处磁场线的个数是个“净”数量,即从一个方向上通过的个数减去另一个方向上通过的个数。当一个均匀磁场垂直通过一个平面,磁通量即是磁场与该平面面积的乘积。当均匀磁场以任意角度通过一个平面,磁通量即是磁场与该平面面积的点积。[1]
其中,是磁场和平面面积法矢量的夹角.
在一般情况下,磁通量是通过磁场在曲面面积上的积分定义的(见图1和图2)。
其中,为磁通量,为磁感应强度,为曲面,为点积,为无穷小矢量(见曲面积分)。
磁通量通常通过通量计进行测量。通量计包括测量线圈以及估计测量线圈上电压变化的电路,从而计算磁通量。
通过闭曲面的磁通量
[编辑]高斯磁定律是四条麦克斯韦方程之一,指出通过一闭曲面的磁通量为零。这定律是依据还没有发现磁单极这一经验得出的。
高斯磁定律为,对任意闭曲面:
通过开曲面的磁通量
[编辑]即使通过闭曲面的磁通量是零,通过开曲面的磁通量可以不是零,而且,它是电磁学中一个重要的物理量。例如,当通过一个导电线环的磁通量发生变化,这一变化会引起电动势的生成,并因此在线环中产生电流。其关系式可由法拉第电磁感应定律得出:
其中(见图3):
在上述公式中,电动势的生成可以有两种解释:由洛伦兹力引起的电荷在闭合曲线上的运动;通过开曲面的磁通量。这一公式即是发电机的原理。
与电通量的比较
[编辑]其中
- 为电场
- 为任意闭曲面
- 为曲面包围的电荷
- 为真空电容率。
注意,通过闭曲面的的通量“并不总是”零,这指出了电“单极”的存在,即自由的正负电荷。
磁通量的计算
磁通量Φ的表达式一、Φ=BSsinα其中α为磁场方向与平面夹角。 二、Φ=BScosα其中α为平面与平面在垂直于磁场方向上射影的夹角。 公式中磁通量的单位是麦克斯韦(Mx),磁感应强度B的单位是高斯(Gs)单位平方厘米,或者是特斯拉(T)单位是平方米。
参考文献
[编辑]- ^ Douglas C Giancoli. Physics for scientists & engineers : with modern physics. 培生集团. 2009: 第760页. ISBN 0131578499.
外部链接
[编辑]- Vicci, 美国专利第6,720,855号:磁通量导管(专利)
参见
[编辑]- 磁场:代表磁力线的密度。
- 麦克斯韦方程组:是一组四条偏微分方程,被詹姆斯·麦克斯韦用作描述电场和磁场,以及它们与物质之间的相互作用。
- 高斯定律:给出从一密闭表面流出的电通量及表面圈住的电荷之间的关系式。
- 磁单极:是一种大概能不严谨地被形容为“只有单极的磁铁”的理论粒子。
- 磁通量量子:是流经超导体的磁通量的量子。
- 卡尔·高斯:跟物理教授威廉·韦伯的合作发展出成果丰硕的研究;它使得磁学领域得到了新知识。
- 詹姆斯·麦克斯韦:证明了电力和磁力是电磁的两个互补层面。
- 法拉第吊诡:关于法拉第电磁感应定律的吊诡。
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